聲波測井技術(shù)與方法淺論

葛學(xué)義

【摘要】聲波速度測井、聲波幅度測井、聲波變密度測井、水泥膠結(jié)評價成像測井、橫波測井、聲波成像測井等聲波測井技術(shù)與方法進(jìn)行了簡要論述，以期為聲波測井提供理論與技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】測井技術(shù) 聲波測井 淺論

1聲波速度測井

聲波速度測井屬于孔隙度測井方法，它測量聲波在地層中的縱向傳播速度（或每米傳播時間一聲波時差），其傳播速度受巖性、孔隙度及其所含流體性質(zhì)的影響。因此，利用聲波速度測井可以識別地層巖性，確定地層孔隙度等地質(zhì)參數(shù)。

2聲波幅度測井

聲波幅度測井記錄聲波波列中的首波幅度。聲幅測井時，聲源發(fā)出的聲脈沖在井內(nèi)向各個方向傳插，當(dāng)聲波傳播到兩種不同介質(zhì)的交界面時會發(fā)生聲波的反射和折射，反射波和折射波的能量分配取決于界面處兩種介質(zhì)聲阻抗的性質(zhì)。當(dāng)套管與管外水泥固結(jié)良好時，由于水泥與鋼套管的聲阻抗接近，因此聲波進(jìn)入套管與水泥的界面時，聲耦合較好，聲波通過折射大部分進(jìn)入水泥，反射波較弱；當(dāng)套管外是水、鉆井液或膠結(jié)不好時，因二者聲阻抗差異大，聲耦合差，聲波大部分被反射到套管中；當(dāng)套管外為氣體時，其聲阻抗差異更大，因此幾乎所有的聲波都被反射回來被儀器接收，反射波強(qiáng)。根據(jù)反射波首波幅度可以評價水泥環(huán)與套管（第一界面）的封固情況。

3聲波變密度測井

聲波變密度測井是固井水泥膠結(jié)質(zhì)量評價測井方法，它記錄超聲波經(jīng)套管、水泥環(huán)和地層返回的波列。當(dāng)波列中地層波較強(qiáng)時說明套管、水泥環(huán)與地層均膠結(jié)良好；當(dāng)波列中水泥環(huán)波較強(qiáng)時，說明套管與水泥環(huán)膠結(jié)良好，而水泥環(huán)與地層膠結(jié)較差；當(dāng)波列中套管波較強(qiáng)時，說明水泥環(huán)與套管、地層均未膠結(jié)，或無水泥環(huán)，是固井質(zhì)量最差的一種顯示。

4水泥膠結(jié)評價成像測井（SBT）

水泥膠結(jié)評價成像測井是一種超聲波井周掃描成像測井，是新一代固井水泥膠結(jié)質(zhì)量評價測井方法。它可以觀察井周水泥分布與固結(jié)情況，并且可以指示出水泥分布不均或缺失水泥的具體方位。

它利用裝在六極板上的12個高頻定向換能器的聲系來定量測量。每個極板將其上面的發(fā)射和接收換能器推靠到套管內(nèi)壁上進(jìn)行補(bǔ)償測量（雙發(fā)雙收），獲得6個60（扇區(qū)范圍的聲波衰減率，（1）并對衰減率進(jìn)行成像；（2）通過六條衰減率計算平均聲幅；（3）利用5ft源距測量VDL。

該儀器獨(dú)特的設(shè)計使它具有以下主要特（優(yōu)）點(diǎn)：（1）貼套管壁補(bǔ)償測量，減小井眼與地層的影響；（2）聲波衰減率比聲幅能更好地反映水泥膠結(jié)情況；（3）SBT源距（6英寸）短，極板獨(dú)立且支撐力強(qiáng)大，測井效果好；（4）水泥圖形象直觀，可分辨水泥環(huán)向與縱向的溝槽、空隙與膠結(jié)不均勻性；（5）高頻（1000KHz）窄測量門坎（10us）完全避開了外層套管反射波干擾，可準(zhǔn)確評價雙層套管（內(nèi)層）的膠結(jié)狀況；（6）雙軸加速度計定向裝置，能確定水泥溝槽位置；（7）井下波列數(shù)字化而能保證傳到地面的波列數(shù)據(jù)不失真；（8）在斜度較大的井中，SBT仍可成功地測井；（9）該儀器同時還可獲得“定向束”全波列或變密度信息，判定第二界面的膠結(jié)質(zhì)量。聲波能量的定向方式突出水泥與地層界面的效應(yīng)，同時使套管效應(yīng)減至最小程度。

5橫波測井

橫波測井是在長源距聲波和陣列聲波測井基礎(chǔ)上發(fā)展起來的測井技術(shù)。它通過偶極探頭激發(fā)地層撓曲波來測量地層橫波速度（或慢度一一時差），同時記錄斯通利波，實(shí)時計算地層泊松比。最新的交叉偶極橫波測井可以確定地層巖性、物性和地應(yīng)力的各向異性特征及方位、計算巖石力學(xué)參數(shù)，從而為地質(zhì)、油藏和鉆井工程提供更為確切、可靠的資料信息。

巖石力學(xué)參數(shù)地質(zhì)應(yīng)用：用測量橫波或用常規(guī)測井資料計算的橫波與縱波、密度、雙井徑（三井徑）等測井資料相結(jié)合，可計算地層的巖石力學(xué)參數(shù)、地應(yīng)力參數(shù)。包括：破裂壓力梯度、上覆壓力梯度、孔隙壓力梯度、泊松比、楊氏模量、切變模量、體積彈性模量、體積壓縮系數(shù)、出砂指數(shù)、單軸抗壓強(qiáng)度、固有剪切強(qiáng)度、水平最大主應(yīng)力、水平最小主應(yīng)力、主應(yīng)力差、最大水平主應(yīng)力方向等參數(shù)。

這些參數(shù)對研究油氣運(yùn)移規(guī)律、設(shè)計井身結(jié)構(gòu)、確定井下壓裂施工方案和施工參數(shù)、預(yù)測出砂、制定注水開發(fā)布井方案等都具有重要的指導(dǎo)意義或參考作用。

6聲波成像測井

聲波成像測井基于鉆井液（或完井液）與井壁之間的聲阻抗或地層聲波傳播速度進(jìn)行測量，因此又有聲幅成像和聲速成像之分。在裸眼井中，聲波成像測井可以識別巖性，劃分儲層，分析裂縫，確定地層產(chǎn)狀及其沉積特征等。在套管井中，聲波成像測井可以檢查套管變形、損壞情況和射孔作業(yè)效果等。

CBIL和CAST聲波成像儀，是以脈沖一回波法為基礎(chǔ)，換能器發(fā)射超聲窄脈沖，掃描井壁并接收回波信號，傳感器探測到并記錄下聲波幅度和兩個方向的傳播時間，經(jīng)過特殊的處理技術(shù)提供了可靠的、高質(zhì)量的二維或三維井壁圖像，井周覆蓋率100%，可在淡水和油基泥漿中使用。